Una antena logarítmica periódica ( LP ), también conocida como conjunto logarítmico periódico o antena logarítmica periódica , es una antena direccional de elementos múltiples diseñada para funcionar en una amplia banda de frecuencias . Fue inventado por John Dunlavy en 1952.
La forma más común de antena logarítmica periódica es la matriz de dipolos logarítmicos periódicos o LPDA . La LPDA consta de una serie de elementos dipolos de media onda impulsados por una longitud que aumenta gradualmente, cada uno de los cuales consta de un par de varillas metálicas. Los dipolos están montados muy juntos en una línea, conectados en paralelo a la línea de alimentación con fase alterna . Eléctricamente, simula una serie de antenas Yagi-Uda de dos o tres elementos conectadas entre sí, cada una sintonizada a una frecuencia diferente.
Las antenas LPDA se parecen un poco a las antenas Yagi, en el sentido de que ambas constan de elementos de varilla dipolo montados en línea a lo largo de un brazo de soporte, pero funcionan de maneras muy diferentes. Agregar elementos a un Yagi aumenta su direccionalidad o ganancia , mientras que agregar elementos a un LPDA aumenta su respuesta de frecuencia o ancho de banda .
Una gran aplicación de los LPDA son las antenas de televisión terrestres en tejados , ya que deben tener un gran ancho de banda para cubrir las bandas anchas de televisión de aproximadamente 54 a 88 y 174 a 216 MHz en VHF y 470 a 890 MHz en UHF y, al mismo tiempo, tener una alta ganancia. para una recepción marginal adecuada. Un diseño ampliamente utilizado para la recepción de televisión combinaba un Yagi para recepción UHF frente a un LPDA más grande para VHF.
El LPDA normalmente consta de una serie de "elementos" dipolos de media onda, cada uno de los cuales consta de un par de varillas metálicas, colocadas a lo largo de un brazo de soporte que se encuentra a lo largo del eje de la antena. Los elementos están espaciados a intervalos siguiendo una función logarítmica de la frecuencia , conocida como d o sigma . La longitud de los elementos sucesivos y la separación entre ellos disminuyen gradualmente a lo largo de la pluma. La relación entre las longitudes es una función conocida como tau . Sigma y tau son los elementos clave del diseño LPDA. [1] [2] El patrón de radiación de la antena es unidireccional, con el lóbulo principal a lo largo del eje del brazo, en el extremo con los elementos más cortos. Cada elemento dipolo resuena a una longitud de onda aproximadamente igual al doble de su longitud. El ancho de banda de la antena, el rango de frecuencia en el que tiene una ganancia casi máxima , se encuentra aproximadamente entre las frecuencias de resonancia de los elementos más largos y más cortos.
Cada elemento de la antena LPDA es un elemento accionado , es decir, conectado eléctricamente a la línea de alimentación . Una línea de transmisión de alambre paralela generalmente corre a lo largo del brazo central, y cada elemento sucesivo está conectado en fase opuesta a ella. A menudo se puede ver la línea de alimentación zigzagueando a través del brazo de soporte que sostiene los elementos. [2] Otro método de construcción común es utilizar dos brazos de soporte centrales paralelos que también actúan como línea de transmisión, montando los dipolos en los brazos alternos. Otras formas de diseño log-periódico reemplazan los dipolos con la propia línea de transmisión, formando la antena en zig-zag log-periódico. [3] También existen muchas otras formas que utilizan el cable de transmisión como elemento activo. [4]
Los diseños de Yagi y LPDA parecen muy similares a primera vista, ya que ambos constan de una serie de elementos dipolo montados a lo largo de un brazo de soporte. El Yagi, sin embargo, tiene un solo elemento impulsado conectado a la línea de transmisión, generalmente el segundo desde la parte posterior de la matriz, los elementos restantes son parásitos . La antena Yagi se diferencia de la LPDA por tener un ancho de banda muy estrecho.
En términos generales, en cualquier frecuencia dada, el diseño log-periódico funciona de manera algo similar a una antena Yagi de tres elementos; El elemento dipolo más cercano a la resonancia en la frecuencia de operación actúa como un elemento impulsado, con los dos elementos adyacentes a cada lado como director y reflector para aumentar la ganancia, el elemento más corto al frente actúa como director y el elemento más largo detrás como reflector. . Sin embargo, el sistema es algo más complejo que eso, y todos los elementos contribuyen hasta cierto punto, por lo que la ganancia para cualquier frecuencia dada es mayor que la de un Yagi de las mismas dimensiones que cualquier sección del periódico logarítmico. Sin embargo, un Yagi con la misma cantidad de elementos que un log-periódico tendría una ganancia mucho mayor, ya que todos esos elementos mejoran la ganancia de un solo elemento impulsado. En su uso como antena de televisión, era común combinar un diseño log-periódico para VHF con un Yagi para UHF, siendo ambas mitades aproximadamente del mismo tamaño. Esto resultó en una ganancia mucho mayor para UHF, típicamente del orden de 10 a 14 dB en el lado Yagi y 6,5 dB para el log-periódico. [5] Pero esta ganancia adicional era necesaria de todos modos para compensar una serie de problemas con las señales UHF .
Cabe señalar estrictamente que la forma log-periódica, según la definición del IEEE, [6] [7] no se alinea con la propiedad de banda ancha de las antenas. [8] [9] La propiedad de banda ancha de las antenas logarítmicas periódicas proviene de su autosemejanza . Una antena log-periódica plana también puede hacerse autocomplementaria , como las antenas espirales logarítmicas (que no se clasifican como log-periódicas per se pero sí entre las antenas independientes de frecuencia que también son autosimilares) o el diseño dentado log-periódico . Y. Mushiake encontró, para lo que denominó "la antena plana autocomplementaria más simple", una impedancia del punto de conducción de η 0 /2 = 188,4 Ω en frecuencias muy dentro de sus límites de ancho de banda. [10] [11] [12]
John Dunlavy inventó la antena logarítmica periódica en 1952 mientras trabajaba para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, pero no se le atribuyó debido a su clasificación "secreta". [13] La Universidad de Illinois en Urbana-Champaign había patentado las antenas Isbell y Mayes-Carrel y había otorgado la licencia del diseño como un paquete exclusivamente a JFD Electronics en Nueva York. Channel Master y Blonder Tongue Labs ignoraron las patentes y produjeron una amplia gama de antenas basadas en ese diseño. Las demandas relacionadas con la patente de la antena, que la Fundación UI perdió, evolucionaron hasta convertirse en la Doctrina Lengua Rubia de 1971 . Este precedente rige los litigios sobre patentes. [14]
El periódico logarítmico se utiliza comúnmente como antena transmisora en estaciones de radiodifusión de onda corta de alta potencia [15] porque su amplio ancho de banda permite que una sola antena transmita en frecuencias en múltiples bandas . Se ha utilizado el diseño log-periódico en zig-zag con hasta 16 tramos. Estas grandes antenas suelen estar diseñadas para cubrir de 6 a 26 MHz, pero se han construido otras aún más grandes que funcionan a tan solo 2 MHz. Las potencias están disponibles hasta 500 kW. En lugar de que los elementos sean accionados en paralelo, unidos a una línea de transmisión central, los elementos son accionados en serie, con elementos adyacentes conectados en los bordes exteriores. La antena que se muestra aquí tendría una ganancia de aproximadamente 14 dBi . Un conjunto de antenas formado por dos antenas de este tipo, una encima de la otra y accionadas en fase, tiene una ganancia de hasta 17 dBi. Al ser logarítmicamente periódica, las características principales de la antena ( patrón de radiación , ganancia, impedancia del punto de conducción ) son casi constantes en todo su rango de frecuencia, y la coincidencia con una línea de alimentación de 300 Ω logra una relación de onda estacionaria mejor que 2:1 en ese rango.
Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).